JP2018148503A - Quantum communication device, quantum communication system, and quantum communication method - Google Patents

Quantum communication device, quantum communication system, and quantum communication method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately determine setting information of error correction processing.SOLUTION: A quantum communication device comprises a reception part, a shift processing part, a determination part, and a generation part. The reception part receives a quantum bit expressed by one basis of a plurality of bases using a light quantum state from a transmission device through a quantum communication path, and acquires a quantum bit stream formed by a plurality of quanta received. Shift processing for obtaining first shift key data while referring to the quantum bit stream at a predetermined bit stream unit is performed by a reference basis randomly selected from the plurality of bases. The determination part determines setting information of error correction processing of the first shift key date from an estimation error ratio of the first shift key date and a margin of the estimation error ratio. The correction part generates correction key data by performing the error correction processing using the setting information.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は量子通信装置、量子通信システム及び量子通信方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a quantum communication device, a quantum communication system, and a quantum communication method.

ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ）符号は、情報伝送レートの理論上の限界値であるシャノン限界に非常に近い誤り訂正能力を持つ誤り訂正符号として注目を集めている。そのため、通信及びストレージシステム等の分野では、ＬＤＰＣ復号器をハードウェアとして実装すること等の検討が盛んに行われている。   An LDPC (Low Density Parity Check) code is attracting attention as an error correction code having an error correction capability very close to the Shannon limit, which is a theoretical limit value of an information transmission rate. For this reason, in the field of communication and storage systems, etc., investigations such as mounting an LDPC decoder as hardware have been actively conducted.

“Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｄａｐｔａｂｌｅ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｅｇａｂｉｔ／ｓ ｒａｔｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”，Ａ．Ｒ．Ｄｉｘｏｎ ｅｔ ａｌ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ ４，２０１４“High speed and adaptable error correction for megabit / s rate quantum key distribution”, A.M. R. Dixon et al, Scientific Reports 4, 2014 “Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｂｉｔ ｒａｔｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”，Ａ．Ｒ．Ｄｉｘｏｎ ｅｔ ａｌ，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＥＲＳ ９６，１６１１０２（２０１０）“Continuous operation of high bit rate quantum key distribution”, A.M. R. Dixon et al, APPLIED PHYSICS LETERS 96, 161102 (2010) “Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｂｉｔ ｒａｔｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｆｉｂｅｒ”，Ａ．Ｒ．Ｄｉｘｏｎ ｅｔ ａｌ，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ １６３３９ Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１５（２０１２）“Stability of high bit rate quantum key distribution on installed fiber”, A.M. R. Dixon et al, OPTICS EXPRESS 16339 Vol. 20, no. 15 (2012)

しかしながら従来の技術では、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することが難しかった。本発明が解決しようとする課題は、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる量子通信装置、量子通信システム及び量子通信方法を提供することである。   However, in the conventional technique, it is difficult to more appropriately determine setting information for error correction processing. The problem to be solved by the present invention is to provide a quantum communication device, a quantum communication system, and a quantum communication method that can more appropriately determine setting information for error correction processing.

実施形態の量子通信装置は、受信部とシフト処理部と決定部と生成部とを備える。受信部は、光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、送信装置から量子通信路を介して受信し、受信した複数の前記量子ビットから成る量子ビット列を取得する。シフト処理部は、前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第１シフト鍵データを取得するシフト処理を行う。決定部は、前記第１シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第１シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する。訂正部は、前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する。   The quantum communication device according to the embodiment includes a reception unit, a shift processing unit, a determination unit, and a generation unit. The receiving unit receives a qubit represented by one of a plurality of bases using a quantum state of a photon from a transmitting device via a quantum communication channel, and a qubit string including the received plurality of qubits To get. The shift processing unit performs a shift process of acquiring first shift key data by referring to the quantum bit string in units of a predetermined bit string using a reference base randomly selected from the plurality of bases. The determination unit determines setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate. The correction unit generates correction key data by performing the error correction process using the setting information.

第１実施形態の量子通信システムの装置構成の例を示す図。The figure which shows the example of the apparatus structure of the quantum communication system of 1st Embodiment. 第１実施形態の量子通信システムの機能構成の例を示す図。The figure which shows the example of a function structure of the quantum communication system of 1st Embodiment. 第１実施形態の受信部のハードウェア構成の例を示す図。The figure which shows the example of the hardware constitutions of the receiving part of 1st Embodiment. 第１実施形態の算出部の機能構成の例を示す図。The figure which shows the example of a function structure of the calculation part of 1st Embodiment. 第１実施形態のＬＤＰＣパラメータの例を示す図。The figure which shows the example of the LDPC parameter of 1st Embodiment. 第２実施形態の量子通信システムの機能構成の例を示す図。The figure which shows the example of a function structure of the quantum communication system of 2nd Embodiment. 第３実施形態の量子通信システムの機能構成の例を示す図。The figure which shows the example of a function structure of the quantum communication system of 3rd Embodiment. 第１〜第３実施形態の送信装置及び受信装置の主要部のハードウェア構成の例を示す図。The figure which shows the example of the hardware constitutions of the principal part of the transmitter of 1st-3rd Embodiment, and a receiver.

以下に添付図面を参照して、量子通信装置、量子通信システム及び量子通信方法の実施形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a quantum communication device, a quantum communication system, and a quantum communication method will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

（第１実施形態）
はじめに第１実施形態について説明する。 (First embodiment)
First, the first embodiment will be described.

［装置構成の例］
図１は第１実施形態の量子通信システム１００の装置構成の例を示す図である。第１実施形態の量子通信システム１００は、２つの量子通信装置（送信装置１０及び受信装置２０）を備える。送信装置１０は、量子ビットを示す光子を連続的に受信装置２０に送信する。なお第１実施形態では、説明の便宜上、光子を送信する側の装置を送信装置１０と呼ぶが、送信装置１０が光子を受信する機能を有していてもよい。同様に、受信装置２０が光子を送信する機能を有していてもよい。 [Example of device configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a device configuration of a quantum communication system 100 according to the first embodiment. The quantum communication system 100 according to the first embodiment includes two quantum communication devices (a transmission device 10 and a reception device 20). The transmission device 10 continuously transmits photons indicating quantum bits to the reception device 20. In the first embodiment, for convenience of explanation, the device on the photon transmitting side is referred to as a transmitting device 10, but the transmitting device 10 may have a function of receiving photons. Similarly, the receiving device 20 may have a function of transmitting photons.

送信装置１０及び受信装置２０は、量子鍵データを使用して、暗号データを送受信する。量子鍵データの生成方法の詳細については、図２を参照して説明する。   The transmission device 10 and the reception device 20 transmit / receive encrypted data using quantum key data. Details of the method of generating quantum key data will be described with reference to FIG.

［機能構成の例］
図２は第１実施形態の量子通信システム１００の機能構成の例を示す図である。第１実施形態の量子通信システム１００は、送信装置１０及び受信装置２０を備える。 [Example of functional configuration]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the quantum communication system 100 according to the first embodiment. The quantum communication system 100 according to the first embodiment includes a transmission device 10 and a reception device 20.

送信装置１０及び受信装置２０は、量子通信路１を介して接続されている。量子通信路１は、量子ビットを示す光子を送受信する光ファイバーである。量子通信路１は、１光子という非常に微弱な光を送受信するため、外乱の影響を受けやすい。   The transmission device 10 and the reception device 20 are connected via the quantum communication path 1. The quantum communication channel 1 is an optical fiber that transmits and receives photons indicating quantum bits. Since the quantum communication channel 1 transmits and receives very weak light of one photon, it is easily affected by disturbance.

また、送信装置１０及び受信装置２０は、古典通信路２を介して接続されている。古典通信路２は、量子鍵データ１０５（２０９）を生成するための制御情報を送受信する。図２の例では、制御情報は、例えば部分シフト鍵データ１０２、ＬＤＰＣパラメータ２０７及びシンドロームデータ１０４等である。古典通信路２は、有線であっても無線であってもよく、また有線及び無線を組み合わせて実現してもよい。   The transmission device 10 and the reception device 20 are connected via the classical communication path 2. The classical communication path 2 transmits and receives control information for generating the quantum key data 105 (209). In the example of FIG. 2, the control information is, for example, partial shift key data 102, LDPC parameter 207, syndrome data 104, and the like. The classical communication path 2 may be wired or wireless, or may be realized by combining wired and wireless.

送信装置１０は、送信部１１、シフト処理部１２、生成部１３及び秘匿性増強処理部１４を備える。   The transmission device 10 includes a transmission unit 11, a shift processing unit 12, a generation unit 13, and a confidentiality enhancement processing unit 14.

受信装置２０は、受信部２１、シフト処理部２２、推定部２３、算出部２４、決定部２５、訂正部２６及び秘匿性増強処理部２７を備える。   The reception device 20 includes a reception unit 21, a shift processing unit 22, an estimation unit 23, a calculation unit 24, a determination unit 25, a correction unit 26, and a confidentiality enhancement processing unit 27.

送信部１１は、量子ビット列１０１を、量子通信路１を介して、受信部２１に送信する。量子ビット列１０１を構成する量子ビットは、光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現される。基底には、例えば光子の偏光及び位相等が利用される。   The transmission unit 11 transmits the qubit string 101 to the reception unit 21 via the quantum communication path 1. The qubits constituting the qubit string 101 are expressed by one base among a plurality of bases using the quantum state of photons. For the base, for example, the polarization and phase of photons are used.

受信部２１は、量子ビット列１０１を、送信部１１から量子通信路１を介して受信することにより、量子ビット列２０１を取得する。また、受信部２１は、量子ビット列２０１の取得処理に使用された光学系機器の出力情報２０５を、算出部２４に入力する。出力情報２０５の詳細は、図３を参照して後述する。   The reception unit 21 acquires the qubit string 201 by receiving the qubit string 101 from the transmission unit 11 via the quantum communication path 1. In addition, the reception unit 21 inputs output information 205 of the optical system device used for the acquisition process of the qubit string 201 to the calculation unit 24. Details of the output information 205 will be described later with reference to FIG.

シフト（Ｓｉｆｔ）処理部２２は、複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で量子ビット列２０１を参照してシフト鍵データ２０３（第１シフト鍵データ）を取得するシフト処理を行う。そしてシフト処理部２２は、シフト鍵データ２０３を訂正部２６に入力する。また、シフト処理部２２は、シフト鍵データ２０３に含まれる部分シフト鍵データ２０２を、推定部２３に入力する。部分シフト鍵データ２０２は、シフト鍵データ２０３に含まれる所定の長さのビット列である。   The shift (Shift) processing unit 22 performs a shift process of acquiring the shift key data 203 (first shift key data) by referring to the quantum bit string 201 in units of a predetermined bit string using a reference base randomly selected from a plurality of bases. Do. Then, the shift processing unit 22 inputs the shift key data 203 to the correction unit 26. Further, the shift processing unit 22 inputs the partial shift key data 202 included in the shift key data 203 to the estimation unit 23. The partial shift key data 202 is a bit string having a predetermined length included in the shift key data 203.

一方、送信装置１０のシフト処理部１２は、量子ビット列１０１にシフト処理を行うことにより、シフト鍵データ１０３を取得する。そしてシフト処理部１２は、シフト鍵データ１０３を生成部１３及び秘匿性増強処理部１４に入力する。また、シフト処理部１２は、シフト鍵データ１０３に含まれる部分シフト鍵データ１０２（第２部分シフト鍵データ）を、古典通信路２を介して、推定部２３に送信する。部分シフト鍵データ１０２は、シフト鍵データ１０３に含まれる所定の長さのビット列である。   On the other hand, the shift processing unit 12 of the transmission apparatus 10 acquires the shift key data 103 by performing a shift process on the qubit string 101. Then, the shift processing unit 12 inputs the shift key data 103 to the generation unit 13 and the confidentiality enhancement processing unit 14. Further, the shift processing unit 12 transmits the partial shift key data 102 (second partial shift key data) included in the shift key data 103 to the estimation unit 23 via the classical communication channel 2. The partial shift key data 102 is a bit string having a predetermined length included in the shift key data 103.

推定部２３は、送信装置１０のシフト処理部１２から、部分シフト鍵データ１０２を受信し、シフト処理部２２から、部分シフト鍵データ２０２を受け付ける。推定部２３は、部分シフト鍵データ１０２と部分シフト鍵データ２０２とを比較することにより、部分シフト鍵データ２０２の誤りビットの位置情報を特定する。推定部２３は、誤りビットの位置情報と、部分シフト鍵データ２０２のビット数から得られた部分シフト鍵データ２０２の誤り率により、シフト鍵データ２０３の推定誤り率２０４を推定する。そして推定部２３は、推定誤り率２０４を決定部２５に入力する。   The estimation unit 23 receives the partial shift key data 102 from the shift processing unit 12 of the transmission device 10 and receives the partial shift key data 202 from the shift processing unit 22. The estimation unit 23 compares the partial shift key data 102 and the partial shift key data 202 to identify position information of error bits in the partial shift key data 202. The estimation unit 23 estimates the estimated error rate 204 of the shift key data 203 based on the error bit position information and the error rate of the partial shift key data 202 obtained from the number of bits of the partial shift key data 202. Then, the estimation unit 23 inputs the estimated error rate 204 to the determination unit 25.

また、算出部２４は、受信部２１から出力情報２０５を受け付けると、当該出力情報２０５に応じて、推定誤り率２０４のマージン２０６を算出する。マージン２０６の算出処理の詳細は、図４を参照して後述する。算出部２４は、マージン２０６を決定部２５に入力する。   Further, when receiving the output information 205 from the receiving unit 21, the calculating unit 24 calculates a margin 206 of the estimated error rate 204 according to the output information 205. Details of the margin 206 calculation processing will be described later with reference to FIG. The calculation unit 24 inputs the margin 206 to the determination unit 25.

決定部２５は、推定部２３から推定誤り率２０４を受け付け、算出部２４からマージン２０６を受け付ける。決定部２５は、推定誤り率２０４とマージン２０６とから、シフト鍵データ２０３の誤り訂正処理の設定情報を決定する。設定情報は任意でよい。第１実施形態の説明では、設定情報はＬＤＰＣパラメータ２０７である。ＬＤＰＣパラメータ２０７の例、及び、ＬＤＰＣパラメータ２０７の決定方法の詳細は、図５を参照して後述する。決定部２５は、ＬＤＰＣパラメータ２０７を訂正部２６に入力する。また決定部２５は、ＬＤＰＣパラメータ２０７を、古典通信路２を介して、送信装置１０の生成部１３に送信する。   The determination unit 25 receives the estimated error rate 204 from the estimation unit 23 and receives the margin 206 from the calculation unit 24. The determination unit 25 determines setting information for error correction processing of the shift key data 203 from the estimated error rate 204 and the margin 206. Setting information may be arbitrary. In the description of the first embodiment, the setting information is the LDPC parameter 207. Details of the LDPC parameter 207 example and the LDPC parameter 207 determination method will be described later with reference to FIG. The determination unit 25 inputs the LDPC parameter 207 to the correction unit 26. In addition, the determination unit 25 transmits the LDPC parameter 207 to the generation unit 13 of the transmission device 10 via the classical communication path 2.

送信装置１０の生成部１３は、受信装置２０の決定部２５からＬＤＰＣパラメータ２０７を受信し、シフト処理部１２からシフト鍵データ１０３を受け付ける。生成部１３は、ＬＤＰＣパラメータ２０７を使用して、シフト鍵データ１０３からシンドロームデータ１０４を生成する。そして生成部１３は、シンドロームデータ１０４を、古典通信路２を介して、受信装置２０の訂正部２６に送信する。   The generation unit 13 of the transmission device 10 receives the LDPC parameter 207 from the determination unit 25 of the reception device 20 and receives the shift key data 103 from the shift processing unit 12. The generation unit 13 generates the syndrome data 104 from the shift key data 103 using the LDPC parameter 207. Then, the generation unit 13 transmits the syndrome data 104 to the correction unit 26 of the reception device 20 via the classical communication path 2.

受信装置２０の訂正部２６は、送信装置１０の生成部１３から、シンドロームデータ１０４を受信し、決定部２５から、ＬＤＰＣパラメータ２０７を受け付け、シフト処理部２２から、シフト鍵データ２０３を受け付ける。訂正部２６は、シンドロームデータ１０４及びＬＤＰＣパラメータ２０７を使用して、シフト鍵データ２０３に誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データ２０８を生成する。そして訂正部２６は、訂正鍵データ２０８を秘匿性増強処理部２７に入力する。   The correction unit 26 of the reception device 20 receives the syndrome data 104 from the generation unit 13 of the transmission device 10, receives the LDPC parameter 207 from the determination unit 25, and receives the shift key data 203 from the shift processing unit 22. The correction unit 26 generates correction key data 208 by performing error correction processing on the shift key data 203 using the syndrome data 104 and the LDPC parameter 207. Then, the correction unit 26 inputs the correction key data 208 to the confidentiality enhancement processing unit 27.

秘匿性増強処理部２７は、訂正部２６から、訂正鍵データ２０８を受け付けると、当該訂正鍵データ２０８に秘匿性増強処理を行うことにより、量子鍵データ２０９を生成する。秘匿性増強処理は、訂正鍵データ２０８を圧縮して、量子鍵データ２０９を生成することにより、当該量子鍵データ２０９の秘匿性を高める処理である。   When the confidentiality enhancement processing unit 27 receives the correction key data 208 from the correction unit 26, the confidentiality enhancement processing unit 27 generates quantum key data 209 by performing confidentiality enhancement processing on the correction key data 208. The confidentiality enhancing process is a process for improving the confidentiality of the quantum key data 209 by compressing the correction key data 208 and generating the quantum key data 209.

一方、送信装置１０の秘匿性増強処理部１４は、シフト処理部１２から、シフト鍵データ１０３を受け付けると、当該シフト鍵データ１０３に秘匿性増強処理を行うことにより、量子鍵データ２０９と同一の量子鍵データ１０５を生成する。   On the other hand, when the confidentiality enhancement processing unit 14 of the transmission device 10 receives the shift key data 103 from the shift processing unit 12, the confidentiality enhancement processing unit 14 performs the confidentiality enhancement processing on the shift key data 103, thereby performing the same processing as the quantum key data 209. Quantum key data 105 is generated.

次に図３を参照して、受信部２１に使用される光学系機器の出力情報２０５の詳細について説明する。   Next, with reference to FIG. 3, details of the output information 205 of the optical system equipment used in the receiving unit 21 will be described.

図３は第１実施形態の受信部２１のハードウェア構成の例を示す図である。第１実施形態の受信部２１は、偏光調整器２２１、マッハツェンダ干渉計２２２及び光学検出器２２３により実現される。マッハツェンダ干渉計２２２は、ファイバーストレッチャー２２４及び位相変調器２２５を備える。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the receiving unit 21 according to the first embodiment. The receiving unit 21 of the first embodiment is realized by a polarization adjuster 221, a Mach-Zehnder interferometer 222, and an optical detector 223. The Mach-Zehnder interferometer 222 includes a fiber stretcher 224 and a phase modulator 225.

量子暗号通信が不安定になる要因として、送信装置１０と受信装置２０とをつなぐ光ファイバー（量子通信路１）の偏光特性の変化、位相特性の変化、及び、光子の到着時間のずれの３つが考えられる。偏光特性の変化、及び、光子の到着時間のずれは、光ファイバー敷設区間の温度等の外的環境の変化によって引き起こされる。位相特性の変化は、光ファイバーのパス長の変化によって引き起こされる。光ファイバーのパス長の変化は、送信装置１０及び受信装置２０が設置されている部屋の温度等の変化により生じる。光ファイバーの偏光特性の変化、光ファイバーの位相特性の変化、及び、光子の到着時間のずれが生じると、量子通信路１の誤り率が上昇する。   There are three factors that cause instability in quantum cryptography communication: change in polarization characteristics of optical fiber (quantum communication path 1) connecting the transmission apparatus 10 and reception apparatus 20, change in phase characteristics, and shift in arrival time of photons. Conceivable. The change in the polarization characteristics and the difference in the arrival time of the photons are caused by a change in the external environment such as the temperature of the optical fiber laying section. The change of the phase characteristic is caused by the change of the path length of the optical fiber. The change in the path length of the optical fiber is caused by a change in the temperature of the room in which the transmission device 10 and the reception device 20 are installed. When a change in the polarization characteristics of the optical fiber, a change in the phase characteristics of the optical fiber, and a shift in the arrival time of the photons occur, the error rate of the quantum communication channel 1 increases.

偏光調整器２２１は、光ファイバーの偏光特性の変化を補償するため、光ファイバーの偏光を調整する。ファイバーストレッチャー２２４は、光ファイバーの位相特性の変化を補償するため、光ファイバーのパス長を調整する。位相変調器２２５は、送信装置１０で変調された光子の位相を復調する。光学検出器２２３は、光子の検出ゲートを調整して光子の到着時間のずれを補償しながら、光子を検出し、複数の量子ビット列２０１を取得する。   The polarization adjuster 221 adjusts the polarization of the optical fiber in order to compensate for changes in the polarization characteristics of the optical fiber. The fiber stretcher 224 adjusts the path length of the optical fiber in order to compensate for the change in the phase characteristic of the optical fiber. The phase modulator 225 demodulates the phase of the photon modulated by the transmission device 10. The optical detector 223 detects a photon while adjusting a photon detection gate to compensate for a shift in the arrival time of the photon, and acquires a plurality of qubit strings 201.

出力情報２０５は、偏光調整器２２１の出力電圧２３１、ファイバーストレッチャー２２４の出力電圧２３２、及び、検出ゲート調整信号２３３を含む。偏光調整器２２１の出力電圧２３１は、光ファイバーの偏光を調整する制御に使用された電圧である。ファイバーストレッチャー２２４の出力電圧２３２は、光ファイバーのパス長を調整する制御に使用された電圧である。検出ゲート調整信号２２３は、光子の検出ゲートを調整する制御に使用された電圧である。   The output information 205 includes an output voltage 231 of the polarization adjuster 221, an output voltage 232 of the fiber stretcher 224, and a detection gate adjustment signal 233. The output voltage 231 of the polarization adjuster 221 is a voltage used for control for adjusting the polarization of the optical fiber. The output voltage 232 of the fiber stretcher 224 is a voltage used for control for adjusting the path length of the optical fiber. The detection gate adjustment signal 223 is a voltage used for control for adjusting the detection gate of the photon.

次に図４を参照して、マージン２０６の算出処理の詳細について説明する。   Next, the details of the margin 206 calculation process will be described with reference to FIG.

図４は第１実施形態の算出部２４の機能構成の例を示す図である。第１実施形態の算出部２４は、変動量算出部２４１及びマージン決定部２４２を備える。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the calculation unit 24 according to the first embodiment. The calculation unit 24 of the first embodiment includes a fluctuation amount calculation unit 241 and a margin determination unit 242.

偏光調整器２２１の出力電圧２３１の変動、及び、検出ゲート調整信号２３３の変動は、光ファイバー（量子通信路１）の偏光特性の変動、及び、光子の到着時間のずれの変動に対応している。よって、偏光調整器２２１の出力電圧２３１の変動、及び、検出ゲート調整信号２３３の変動が大きいほど、量子通信路１は不安定な状態になっている。   The fluctuation of the output voltage 231 of the polarization adjuster 221 and the fluctuation of the detection gate adjustment signal 233 correspond to the fluctuation of the polarization characteristic of the optical fiber (quantum communication channel 1) and the fluctuation of the arrival time of the photon. . Therefore, the larger the fluctuation of the output voltage 231 of the polarization adjuster 221 and the fluctuation of the detection gate adjustment signal 233, the more unstable the quantum communication channel 1 is.

また、ファイバーストレッチャー２２４の出力電圧２３２の変動は、光ファイバー（量子通信路１）の位相特性の変動に対応している。ファイバーストレッチャー２２４の出力電圧２３２の変動が大きいほど、量子通信路１は不安定な状態になっている。   The fluctuation of the output voltage 232 of the fiber stretcher 224 corresponds to the fluctuation of the phase characteristic of the optical fiber (quantum communication channel 1). The greater the variation in the output voltage 232 of the fiber stretcher 224, the more unstable the quantum communication channel 1 is.

まとめると、出力情報２０５（出力電圧２３１、出力電圧２３２及び検出ゲート調整信号２３３）の変動が大きいほど、量子通信路１の状態は不安定になっている。   In summary, the state of the quantum communication channel 1 becomes unstable as the fluctuation of the output information 205 (the output voltage 231, the output voltage 232, and the detection gate adjustment signal 233) increases.

変動量算出部２４１は、受信部２１から、出力情報２０５を受け付けると、出力情報２０５に含まれる出力電圧２３１、出力電圧２３２及び検出ゲート調整信号２３３それぞれの変動量２３４を算出する。変動量２３４は、例えば単位時間あたりの変動の絶対値を累積した量である。変動量算出部２４１は、変動量２３４をマージン決定部２４２に入力する。   When the fluctuation amount calculation unit 241 receives the output information 205 from the reception unit 21, the fluctuation amount calculation unit 241 calculates the fluctuation amounts 234 of the output voltage 231, the output voltage 232, and the detection gate adjustment signal 233 included in the output information 205. The fluctuation amount 234 is, for example, an amount obtained by accumulating absolute values of fluctuations per unit time. The fluctuation amount calculation unit 241 inputs the fluctuation amount 234 to the margin determination unit 242.

マージン決定部２４２は、変動量算出部２４１から変動量２３４を受け付けると、当該変動量２３４に基づいてマージン２０６を決定する。   When the margin determining unit 242 receives the variation amount 234 from the variation amount calculating unit 241, the margin determining unit 242 determines the margin 206 based on the variation amount 234.

マージン決定部２４２は、例えば変動量２３４が、偏光調整器２２１の出力電圧２３１の変動量である場合、変動量２３４と、偏光調整器２２１で定められている電圧の最大変動幅との割合に応じて、マージン２０６を決定する。具体的には、マージン決定部２４２は、例えば１分あたりの変動量２３４が最大変動幅の５％以下の場合、マージン２０６を５％に決定する。また例えば、マージン決定部２４２は、１分あたりの変動量２３４が最大変動幅の５％〜１０％の場合、マージン２０６を１０％に決定する。また例えば、マージン決定部２４２は、１分あたりの変動量２３４が最大変動幅の１０％〜１５％の場合、マージン２０６を１５％に決定する。また例えば、マージン決定部２４２は、１分あたりの変動量２３４が最大変動幅の２０％を超える場合、マージン２０６を２０％に決定する。   For example, when the fluctuation amount 234 is the fluctuation amount of the output voltage 231 of the polarization adjuster 221, the margin determining unit 242 sets the ratio between the fluctuation amount 234 and the maximum fluctuation width of the voltage determined by the polarization adjuster 221. Accordingly, the margin 206 is determined. Specifically, the margin determining unit 242 determines the margin 206 to be 5% when the fluctuation amount 234 per minute is 5% or less of the maximum fluctuation width, for example. Further, for example, the margin determining unit 242 determines the margin 206 to be 10% when the fluctuation amount 234 per minute is 5% to 10% of the maximum fluctuation range. Further, for example, the margin determining unit 242 determines the margin 206 to be 15% when the fluctuation amount 234 per minute is 10% to 15% of the maximum fluctuation range. Further, for example, the margin determining unit 242 determines the margin 206 to be 20% when the fluctuation amount 234 per minute exceeds 20% of the maximum fluctuation range.

また例えば、マージン決定部２４２は、変動量２３４が、ファイバーストレッチャー２２４の出力電圧２３２の変動量である場合、変動量２３４と、ファイバーストレッチャー２２４で定められている電圧の最大変動幅との割合に応じて、マージン２０６を決定する。   Further, for example, when the fluctuation amount 234 is the fluctuation amount of the output voltage 232 of the fiber stretcher 224, the margin determination unit 242 calculates the fluctuation amount 234 and the maximum fluctuation width of the voltage determined by the fiber stretcher 224. The margin 206 is determined according to the ratio.

また例えば、マージン決定部２４２は、変動量２３４が、検出ゲート調整信号２３３の変動量である場合、変動量２３４と光学検出器２２３の検出ゲート信号の駆動周期との割合に応じてマージン２０６を決定する。   Further, for example, when the fluctuation amount 234 is the fluctuation amount of the detection gate adjustment signal 233, the margin determination unit 242 sets the margin 206 according to the ratio between the fluctuation amount 234 and the driving cycle of the detection gate signal of the optical detector 223. decide.

次に図５を参照して、ＬＤＰＣパラメータ２０７の例、及び、ＬＤＰＣパラメータ２０７の決定方法の詳細について説明する。   Next, an example of the LDPC parameter 207 and details of the method for determining the LDPC parameter 207 will be described with reference to FIG.

図５は第１実施形態のＬＤＰＣパラメータ２０７の例を示す図である。図５の例は、ＬＤＰＣパラメータ２０７が、ＬＤＰＣ符号の符号化率である場合を示す。決定部２５は、設定誤り率に応じて符号化率（ＬＤＰＣパラメータ２０７）を決定する。設定誤り率は、推定誤り率２０４及びマージン２０６から算出される。決定部２５は、例えば推定誤り率２０４が２％であり、マージン２０６が２０％である場合、設定誤り率を２．４％（＝２×１．２）に決定する。決定部２５は、例えば図５に示すテーブル情報を使用して、設定誤り率から、符号化率（ＬＤＰＣパラメータ２０７）を決定する。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the LDPC parameter 207 of the first embodiment. The example of FIG. 5 shows a case where the LDPC parameter 207 is the coding rate of the LDPC code. The determination unit 25 determines the coding rate (LDPC parameter 207) according to the setting error rate. The setting error rate is calculated from the estimated error rate 204 and the margin 206. For example, when the estimated error rate 204 is 2% and the margin 206 is 20%, the determination unit 25 determines the setting error rate to be 2.4% (= 2 × 1.2). The determination unit 25 determines the coding rate (LDPC parameter 207) from the setting error rate using, for example, the table information shown in FIG.

以上、説明したように、第１実施形態の受信装置２０（量子通信装置）では、受信部２１が、光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、送信装置１０から量子通信路１を介して受信し、受信した複数の量子ビットから成る量子ビット列２０１を取得する。シフト処理部２２が、複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で量子ビット列２０１を参照してシフト鍵データ２０３（第１シフト鍵データ）を取得するシフト処理を行う。決定部２５が、シフト鍵データ２０３の推定誤り率２０４と、推定誤り率２０４のマージン２０６とから、シフト鍵データ２０３の誤り訂正処理の設定情報（ＬＤＰＣパラメータ２０７）を決定する。そして訂正部２６が、設定情報を使用して、誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データ２０８を生成する。   As described above, in the receiving device 20 (quantum communication device) according to the first embodiment, the receiving unit 21 receives a qubit expressed by one base among a plurality of bases using the quantum state of photons. A qubit string 201 is received from the transmission device 10 via the quantum communication channel 1 and a qubit string 201 composed of the received qubits is obtained. The shift processing unit 22 performs a shift process of acquiring the shift key data 203 (first shift key data) by referring to the quantum bit string 201 in units of a predetermined bit string using a reference base randomly selected from a plurality of bases. The determination unit 25 determines setting information (LDPC parameter 207) for error correction processing of the shift key data 203 from the estimated error rate 204 of the shift key data 203 and the margin 206 of the estimated error rate 204. Then, the correction unit 26 generates correction key data 208 by performing error correction processing using the setting information.

量子暗号通信の誤り訂正処理では、シンドロームデータ１０４を古典通信路２経由で転送する必要がある。シンドロームデータ１０４はシフト鍵データ１０３に関連する情報であるため、古典通信路２に潜んでいる可能性のある盗聴者にできるだけ知られないようにする必要がある。よって、シフト鍵データ２０３の訂正が可能であり、かつ、シンドロームデータ１０４の転送量が最小となるＬＤＰＣパラメータ２０７を決定することが理想である。しかしながら、シフト鍵データ２０３の誤り率に影響を及ぼす量子通信路１は、外乱の影響を受けやすいので、量子通信路１の状態は不安定である。また、訂正対象となるシフト鍵データ２０３の誤り率の真値（正しい誤り率）は、実際に訂正処理をする前はわからない。訂正対象となるシフト鍵データ２０３の誤り率の真値に対応したＬＤＰＣパラメータ２０７を決定することが理想である。   In the error correction process of quantum cryptography communication, it is necessary to transfer the syndrome data 104 via the classical communication path 2. Since the syndrome data 104 is information related to the shift key data 103, it is necessary to make it as little as possible known to an eavesdropper who may be lurking in the classical communication path 2. Therefore, it is ideal to determine the LDPC parameter 207 that can correct the shift key data 203 and minimize the transfer amount of the syndrome data 104. However, since the quantum channel 1 that affects the error rate of the shift key data 203 is easily affected by disturbance, the state of the quantum channel 1 is unstable. Further, the true value of the error rate (correct error rate) of the shift key data 203 to be corrected is not known before the actual correction process. Ideally, the LDPC parameter 207 corresponding to the true value of the error rate of the shift key data 203 to be corrected is determined.

第１実施形態の受信装置２０（量子通信装置）では、算出部２４が、光学系機器の振る舞いを示す出力情報２０５からマージン２０６を算出する。すなわち、第１実施形態の受信装置２０（量子通信装置）は、出力情報２０５から算出されたマージン２０６により、量子通信路１の状態を予測する。そして決定部２５が、当該マージン２０６と推定誤り率２０４とを考慮して設定情報（ＬＤＰＣパラメータ２０７）を決定する。これにより第１実施形態の量子通信システム１００によれば、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる。   In the receiving device 20 (quantum communication device) of the first embodiment, the calculation unit 24 calculates the margin 206 from the output information 205 indicating the behavior of the optical system device. That is, the receiving device 20 (quantum communication device) of the first embodiment predicts the state of the quantum communication channel 1 based on the margin 206 calculated from the output information 205. Then, the determination unit 25 determines the setting information (LDPC parameter 207) in consideration of the margin 206 and the estimated error rate 204. Thereby, according to the quantum communication system 100 of 1st Embodiment, the setting information of an error correction process can be determined more appropriately.

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。第２実施形態では、推定誤り率２０４の推定方法が第１実施形態と異なる。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the description of the second embodiment, the description similar to that of the first embodiment is omitted, and only points different from the first embodiment will be described. In the second embodiment, the estimation error rate 204 is estimated differently from the first embodiment.

［機能構成の例］
図６は第２実施形態の量子通信システム１００の機能構成の例を示す図である。第２実施形態の量子通信システム１００は、送信装置１０及び受信装置２０を備える。 [Example of functional configuration]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the quantum communication system 100 according to the second embodiment. A quantum communication system 100 according to the second embodiment includes a transmission device 10 and a reception device 20.

送信装置１０は、送信部１１、シフト処理部１２、生成部１３ａ、生成部１３ｂ及び秘匿性増強処理部１４を備える。   The transmission device 10 includes a transmission unit 11, a shift processing unit 12, a generation unit 13a, a generation unit 13b, and a confidentiality enhancement processing unit 14.

受信装置２０は、受信部２１、シフト処理部２２、推定部２３、算出部２４、決定部２５、訂正部２６ａ、訂正部２６ｂ及び秘匿性増強処理部２７を備える。   The reception device 20 includes a reception unit 21, a shift processing unit 22, an estimation unit 23, a calculation unit 24, a determination unit 25, a correction unit 26a, a correction unit 26b, and a confidentiality enhancement processing unit 27.

送信装置１０のシフト処理部１２は、第１実施形態と同様にして、量子ビット列１０１から、部分シフト鍵データ１０２及びシフト鍵データ１０３を取得する。シフト処理部１２は、部分シフト鍵データ１０２を生成部１３ａに入力し、シフト鍵データ１０３を生成部１３ｂに入力する。   The shift processing unit 12 of the transmission device 10 acquires the partial shift key data 102 and the shift key data 103 from the qubit string 101, as in the first embodiment. The shift processing unit 12 inputs the partial shift key data 102 to the generation unit 13a, and inputs the shift key data 103 to the generation unit 13b.

なお第２実施形態では、部分シフト鍵データ１０２は、受信装置２０に送信されない。そのため部分シフト鍵データ１０２を、秘匿性増強処理の対象として使用されるシフト鍵データ１０３に含めてもよい。   In the second embodiment, the partial shift key data 102 is not transmitted to the receiving device 20. Therefore, the partial shift key data 102 may be included in the shift key data 103 used as the target of the confidentiality enhancement process.

生成部１３ａは、シフト処理部１２から、部分シフト鍵データ１０２を受け付けると、当該部分シフト鍵データ１０２から部分シンドロームデータ１０６を生成する。そして生成部１３ａは、部分シンドロームデータ１０６を、古典通信路２を介して、受信装置２０の訂正部２６ａに送信する。   Upon receiving the partial shift key data 102 from the shift processing unit 12, the generation unit 13 a generates partial syndrome data 106 from the partial shift key data 102. Then, the generation unit 13a transmits the partial syndrome data 106 to the correction unit 26a of the reception device 20 via the classical communication path 2.

生成部１３ｂの動作は、第１実施形態の生成部１３と同じなので、説明を省略する。   Since the operation of the generation unit 13b is the same as that of the generation unit 13 of the first embodiment, description thereof is omitted.

受信装置２０の訂正部２６ａは、送信装置１０の生成部１３ａから、部分シンドロームデータ１０６を受信し、シフト処理部２２から部分シフト鍵データ２０２を受け付ける。訂正部２６ａは、部分シンドロームデータ１０６を使用して、部分シフト鍵データ２０２（第１部分シフト鍵データ）に、誤り訂正処理を行うことにより、部分訂正鍵データ２１０を生成する。そして訂正部２６ａは、部分訂正鍵データ２１０を推定部２３に入力する。   The correction unit 26 a of the reception device 20 receives the partial syndrome data 106 from the generation unit 13 a of the transmission device 10 and accepts the partial shift key data 202 from the shift processing unit 22. The correction unit 26a performs partial error correction processing on the partial shift key data 202 (first partial shift key data) using the partial syndrome data 106, thereby generating partial correction key data 210. Then, the correction unit 26 a inputs the partial correction key data 210 to the estimation unit 23.

なお第２実施形態では、部分シフト鍵データ１０２は、受信装置２０に送信されない。そのため部分シフト鍵データ１０２に対応する部分シフト鍵データ２０２から生成された部分訂正鍵データ２１０を、秘匿性増強処理の対象として使用される訂正鍵データ２０８に含めてもよい。   In the second embodiment, the partial shift key data 102 is not transmitted to the receiving device 20. Therefore, the partial correction key data 210 generated from the partial shift key data 202 corresponding to the partial shift key data 102 may be included in the correction key data 208 used as the target of the confidentiality enhancement process.

推定部２３は、シフト処理部２２から、部分シフト鍵データ２０２を受け付け、訂正部２６ａから、部分訂正鍵データ２１０を受け付ける。推定部２３は、部分訂正鍵データ２１０と、部分シフト鍵データ２０２（第１部分シフト鍵データ）とを比較することにより得られた誤りビットの位置情報に基づいて、シフト鍵データ２０３の推定誤り率２０４を推定する。   The estimation unit 23 receives the partial shift key data 202 from the shift processing unit 22, and receives the partial correction key data 210 from the correction unit 26a. Based on the error bit position information obtained by comparing the partial correction key data 210 and the partial shift key data 202 (first partial shift key data), the estimation unit 23 estimates the estimated error of the shift key data 203. Estimate the rate 204.

訂正部２６ｂの動作は、第１実施形態の訂正部２６と同じなので、説明を省略する。   Since the operation of the correction unit 26b is the same as that of the correction unit 26 of the first embodiment, description thereof is omitted.

なお上述の生成部１３ａ及び１３ｂは、１つの生成部として実現されていてもよい。同様に、上述の訂正部２６ａ及び２６ｂは、１つの訂正部として実現されていてもよい。   The generation units 13a and 13b described above may be realized as a single generation unit. Similarly, the correction units 26a and 26b described above may be realized as one correction unit.

以上、説明したように、第２実施形態の量子通信システム１００によれば、第１実施形態の場合と同様に、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる。   As described above, according to the quantum communication system 100 of the second embodiment, setting information for error correction processing can be more appropriately determined as in the case of the first embodiment.

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。第３実施形態では、推定誤り率２０４の推定方法が第１実施形態と異なる。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. In the description of the third embodiment, descriptions similar to those of the first embodiment are omitted, and portions different from the first embodiment are described. In the third embodiment, the estimation method of the estimated error rate 204 is different from that of the first embodiment.

［機能構成の例］
図７は第３実施形態の量子通信システム１００の機能構成の例を示す図である。第３実施形態の量子通信システム１００は、送信装置１０及び受信装置２０を備える。 [Example of functional configuration]
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the quantum communication system 100 according to the third embodiment. A quantum communication system 100 according to the third embodiment includes a transmission device 10 and a reception device 20.

送信装置１０は、送信部１１、シフト処理部１２、生成部１３及び秘匿性増強処理部１４を備える。   The transmission device 10 includes a transmission unit 11, a shift processing unit 12, a generation unit 13, and a confidentiality enhancement processing unit 14.

受信装置２０は、受信部２１、シフト処理部２２、推定部２３、算出部２４、決定部２５、訂正部２６及び秘匿性増強処理部２７を備える。   The reception device 20 includes a reception unit 21, a shift processing unit 22, an estimation unit 23, a calculation unit 24, a determination unit 25, a correction unit 26, and a confidentiality enhancement processing unit 27.

推定部２３は、前回のシフト処理により取得されたシフト鍵データ２０３（第１シフト鍵データ）と、前回の誤り訂正処理により生成された訂正鍵データ２０８とを比較することにより得られた誤りビットの位置情報に基づいて、推定誤り率２０４を推定する。すなわち推定部２３は、前回のシフト処理によって取得されたシフト鍵データ２０３の誤り率により、次に誤り訂正処理の対象にするシフト鍵データ２０３の推定誤り率２０４を推定する。   The estimation unit 23 obtains error bits obtained by comparing the shift key data 203 (first shift key data) acquired by the previous shift process with the correction key data 208 generated by the previous error correction process. The estimated error rate 204 is estimated based on the position information. That is, the estimation unit 23 estimates the estimated error rate 204 of the shift key data 203 to be subjected to error correction processing next, based on the error rate of the shift key data 203 acquired by the previous shift processing.

なお、ひとつ前の誤り訂正処理が失敗した場合、決定部２５が、例えば使用可能なＬＤＰＣパラメータ２０７の中で、訂正能力が一番高いＬＤＰＣパラメータ２０７を、誤り訂正処理に使用するＬＤＰＣパラメータ２０７に決定してもよい。また例えば、推定部２３が、最後に訂正が成功した時のシフト鍵データ２０３の誤り率により、推定誤り率２０４を推定してもよい。   When the previous error correction process fails, the determination unit 25 changes, for example, the LDPC parameter 207 having the highest correction capability among the usable LDPC parameters 207 to the LDPC parameter 207 used for the error correction process. You may decide. Further, for example, the estimation unit 23 may estimate the estimated error rate 204 based on the error rate of the shift key data 203 when the correction was last successful.

以上、説明したように、第３実施形態の量子通信システム１００によれば、第１実施形態の場合と同様に、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる。   As described above, according to the quantum communication system 100 of the third embodiment, setting information for error correction processing can be more appropriately determined as in the case of the first embodiment.

最後に、第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０のハードウェア構成の例について説明する。   Finally, examples of hardware configurations of the transmission device 10 and the reception device 20 according to the first to third embodiments will be described.

［ハードウェア構成の例］
図８は第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０の主要部の構成の例を示す図である。第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０は、制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５、量子通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）３０６及び古典通信ＩＦ３０７を備える。 [Example of hardware configuration]
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a configuration of main parts of the transmission device 10 and the reception device 20 according to the first to third embodiments. The transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments include a control device 301, a main storage device 302, an auxiliary storage device 303, a display device 304, an input device 305, a quantum communication IF (Interface) 306, and a classical communication IF 307. Is provided.

制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５、量子通信ＩＦ３０６及び古典通信ＩＦ３０７は、バス３１０を介して接続されている。   The control device 301, the main storage device 302, the auxiliary storage device 303, the display device 304, the input device 305, the quantum communication IF 306, and the classical communication IF 307 are connected via a bus 310.

制御装置３０１は、補助記憶装置３０３から主記憶装置３０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置３０２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリである。補助記憶装置３０３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）及びメモリカード等である。   The control device 301 executes the program read from the auxiliary storage device 303 to the main storage device 302. The main storage device 302 is a memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). The auxiliary storage device 303 is an HDD (Hard Disk Drive), a memory card, or the like.

表示装置３０４は、送信装置１０及び受信装置２０の状態等を表示する。入力装置３０５はユーザーからの入力を受け付ける。   The display device 304 displays the statuses of the transmission device 10 and the reception device 20 and the like. The input device 305 receives input from the user.

量子通信ＩＦ３０６は、量子通信路１に接続するためのインターフェースである。受信装置２０の量子通信ＩＦ３０６は、上述の受信部２１のハードウェア構成（図３参照）を含む。古典通信ＩＦ３０７は、古典通信路２に接続するためのインターフェースである。   The quantum communication IF 306 is an interface for connecting to the quantum communication path 1. The quantum communication IF 306 of the reception device 20 includes the hardware configuration (see FIG. 3) of the reception unit 21 described above. The classical communication IF 307 is an interface for connecting to the classical communication path 2.

第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０は、図８のハードウェア構成を備えていれば、汎用のコンピュータ等を含む任意の装置により実現可能である。   The transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments can be realized by any device including a general-purpose computer or the like as long as the hardware configuration of FIG. 8 is provided.

第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ−Ｒ、及び、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。   The programs executed by the transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments are files in an installable format or an executable format, and are a CD-ROM, a memory card, a CD-R, and a DVD (Digital The program is stored in a computer-readable storage medium such as Versatile Disc) and provided as a computer program product.

また第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。   The program executed by the transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments is stored on a computer connected to a network such as the Internet, and is provided by being downloaded via the network. May be.

また第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０が実行するプログラムを、ダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。   Moreover, you may comprise so that the program which the transmitter 10 and the receiver 20 of 1st-3rd Embodiment performs may be provided via networks, such as the internet, without downloading.

また第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。   Moreover, you may comprise so that the program run with the transmitter 10 of the 1st-3rd embodiment and the receiver 20 may be previously incorporated in ROM etc. and provided.

第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０で実行されるプログラムは、第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０の機能構成のうち、プログラムにより実現可能な機能を含むモジュール構成となっている。   The programs executed by the transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments have functions that can be realized by the program among the functional configurations of the transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments. It has a module configuration that includes it.

プログラムにより実現される機能は、制御装置３０１が補助記憶装置３０３等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、主記憶装置３０２にロードされる。すなわちプログラムにより実現される機能は、主記憶装置３０２上に生成される。   Functions realized by the program are loaded into the main storage device 302 when the control device 301 reads the program from a storage medium such as the auxiliary storage device 303 and executes it. That is, the function realized by the program is generated on the main storage device 302.

なお第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０の機能の一部又は全部を、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよい。ＩＣは、例えば専用の処理を実行するプロセッサである。   Note that some or all of the functions of the transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments may be realized by hardware such as an IC (Integrated Circuit). The IC is a processor that executes dedicated processing, for example.

また複数のプロセッサを用いて各機能を実現する場合、各プロセッサは、各機能のうち１つを実現してもよいし、各機能のうち２つ以上を実現してもよい。   When each function is realized using a plurality of processors, each processor may realize one of the functions or two or more of the functions.

また第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０の動作形態は任意でよい。第１〜第３実施形態の送信装置１０及び受信装置２０を、例えばネットワーク上のクラウドシステムを構成する装置として動作させてもよい。   The operation forms of the transmission device 10 and the reception device 20 of the first to third embodiments may be arbitrary. The transmission device 10 and the reception device 20 according to the first to third embodiments may be operated as devices constituting a cloud system on a network, for example.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０ 送信装置
１１ 送信部
１２ シフト処理部
１３ 生成部
１４ 秘匿性増強処理部
２０ 受信装置
２１ 受信部
２２ シフト処理部
２３ 推定部
２４ 算出部
２５ 決定部
２６ 訂正部
２７ 秘匿性増強処理部
１００ 量子通信システム
２２１ 偏光調整器
２２２ マッハツェンダ干渉計
２２３ 光学検出器
２２４ ファイバーストレッチャー
２２５ 位相変調器
２４１ 変動量算出部
２４２ マージン決定部
３０１ 制御装置
３０２ 主記憶装置
３０３ 補助記憶装置
３０４ 表示装置
３０５ 入力装置
３０６ 量子通信ＩＦ
３０７ 古典通信ＩＦ
３１０ バス DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmitting device 11 Transmitting unit 12 Shift processing unit 13 Generation unit 14 Confidentiality enhancement processing unit 20 Receiving device 21 Reception unit 22 Shift processing unit 23 Estimation unit 24 Calculation unit 25 Determination unit 26 Correction unit 27 Confidentiality enhancement processing unit 100 Quantum communication System 221 Polarization adjuster 222 Mach-Zehnder interferometer 223 Optical detector 224 Fiber stretcher 225 Phase modulator 241 Fluctuation amount calculation unit 242 Margin determination unit 301 Control device 302 Main storage device 303 Auxiliary storage device 304 Display device 305 Input device 306 Quantum communication IF
307 Classical communication IF
310 bus

実施形態の量子通信装置は、送信装置から量子通信路を介して受信された量子ビット列にシフト処理を行うことにより得られた第１シフト鍵データを訂正する量子通信装置であって、決定部と訂正部とを備える。決定部は、前記第１シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第１シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する。訂正部は、前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する。 A quantum communication device according to an embodiment is a quantum communication device that corrects first shift key data obtained by performing a shift process on a qubit string received from a transmission device via a quantum communication channel, and includes: a determination unit; And a correction unit . Determined tough is the estimated error rate of the first shift key data, and a margin of the estimated error rate, to determine the configuration information of the error correction processing of the first shift key data. The correction unit generates correction key data by performing the error correction process using the setting information.

Claims (10)

光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、送信装置から量子通信路を介して受信し、受信した複数の前記量子ビットから成る量子ビット列を取得する受信部と、
前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第１シフト鍵データを取得するシフト処理を行うシフト処理部と、
前記第１シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第１シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する決定部と、
前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する訂正部と、
を備える量子通信装置。 Receives a qubit represented by one of a plurality of bases using a quantum state of a photon from a transmitting device via a quantum communication channel, and acquires a qubit sequence composed of the received plurality of qubits And
A shift processing unit that performs a shift process of acquiring first shift key data with reference to the qubit string in units of a predetermined bit string by using a reference base randomly selected from the plurality of bases;
A determination unit that determines setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate;
A correction unit that generates correction key data by performing the error correction process using the setting information;
A quantum communication device comprising: 前記第１シフト鍵データに含まれる第１部分シフト鍵データと、前記送信装置の前記シフト処理により得られた第２シフト鍵データに含まれる第２部分シフト鍵データとを比較することにより得られた誤り率により、前記推定誤り率を推定する推定部、
を更に備える請求項１に記載の量子通信装置。 Obtained by comparing the first partial shift key data included in the first shift key data and the second partial shift key data included in the second shift key data obtained by the shift process of the transmission device. An estimation unit for estimating the estimated error rate based on the error rate,
The quantum communication device according to claim 1, further comprising: 前記訂正部は、前記第１シフト鍵データに含まれる第１部分シフト鍵データに、前記誤り訂正処理を行うことにより、部分訂正鍵データを生成し、
前記部分訂正鍵データと、前記第１部分シフト鍵データとを比較することにより得られた誤り率により、前記推定誤り率を推定する推定部、
を更に備える請求項１に記載の量子通信装置。 The correction unit generates partial correction key data by performing the error correction process on the first partial shift key data included in the first shift key data,
An estimation unit that estimates the estimated error rate based on an error rate obtained by comparing the partial correction key data and the first partial shift key data;
The quantum communication device according to claim 1, further comprising: 前回の前記シフト処理により取得された前記第１シフト鍵データと、前回の前記誤り訂正処理により生成された前記訂正鍵データとを比較することにより得られた誤り率により、前記推定誤り率を推定する推定部、
を更に備える請求項１に記載の量子通信装置。 The estimated error rate is estimated based on the error rate obtained by comparing the first shift key data acquired by the previous shift process and the correction key data generated by the previous error correction process. An estimator to
The quantum communication device according to claim 1, further comprising: 前記決定部は、前記受信部に使用される光学系機器の出力情報に基づいて前記マージンを決定する、
請求項１に記載の量子通信装置。 The determining unit determines the margin based on output information of an optical system device used in the receiving unit;
The quantum communication device according to claim 1. 前記光学系機器は、偏光調整器であり、
前記偏光調整器の出力電圧の変動量に基づいて前記マージンを算出する算出部、
を更に備える請求項５に記載の量子通信装置。 The optical system device is a polarization adjuster,
A calculation unit that calculates the margin based on a variation amount of an output voltage of the polarization adjuster;
The quantum communication device according to claim 5, further comprising: 前記光学系機器は、ファイバーストレッチャーであり、
前記ファイバーストレッチャーの出力電圧の変動量に基づいて前記マージンを算出する算出部、
を更に備える請求項５に記載の量子通信装置。 The optical system device is a fiber stretcher,
A calculation unit that calculates the margin based on a fluctuation amount of an output voltage of the fiber stretcher;
The quantum communication device according to claim 5, further comprising: 前記光学系機器は、光学検出器であり、
前記光学検出器の検出ゲート調整信号の変動量に基づいて前記マージンを算出する算出部、
を更に備える請求項５に記載の量子通信装置。 The optical system device is an optical detector,
A calculation unit for calculating the margin based on a fluctuation amount of a detection gate adjustment signal of the optical detector;
The quantum communication device according to claim 5, further comprising: 送信装置と受信装置とが量子通信路を介して接続された量子通信システムであって、
前記受信装置は、
光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、前記送信装置から前記量子通信路を介して受信し、受信した複数の前記量子ビットから成る量子ビット列を取得する受信部と、
前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第１シフト鍵データを取得するシフト処理を行うシフト処理部と、
前記第１シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第１シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する決定部と、
前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する訂正部と、
を備える量子通信システム。 A quantum communication system in which a transmission device and a reception device are connected via a quantum communication path,
The receiving device is:
A qubit represented by one of a plurality of bases using the quantum state of a photon is received from the transmitting device via the quantum communication channel, and a qubit sequence including the received plurality of qubits is obtained. A receiving unit to
A shift processing unit that performs a shift process of acquiring first shift key data with reference to the qubit string in units of a predetermined bit string by using a reference base randomly selected from the plurality of bases;
A determination unit that determines setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate;
A correction unit that generates correction key data by performing the error correction process using the setting information;
A quantum communication system comprising: 光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、送信装置から量子通信路を介して受信し、受信した複数の前記量子ビットから成る量子ビット列を取得するステップと、
前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第１シフト鍵データを取得するシフト処理を行うステップと、
前記第１シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第１シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定するステップと、
前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成するステップと、
を含む量子通信方法。 Receiving a qubit represented by one of a plurality of bases using a quantum state of a photon from a transmitting device via a quantum communication channel, and obtaining a qubit sequence including the received plurality of qubits When,
Performing a shift process of acquiring first shift key data with reference to the qubit string in a predetermined bit string unit by a reference base randomly selected from the plurality of bases;
Determining setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate;
Generating correction key data by performing the error correction process using the setting information; and
A quantum communication method comprising:
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